JP2000232154A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2000232154A
JP2000232154A JP11033870A JP3387099A JP2000232154A JP 2000232154 A JP2000232154 A JP 2000232154A JP 11033870 A JP11033870 A JP 11033870A JP 3387099 A JP3387099 A JP 3387099A JP 2000232154 A JP2000232154 A JP 2000232154A
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insulating film
groove
alignment mark
mark pattern
pattern
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Takeshi Yamazaki
武 山崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トレンチ素子分離を形成する絶縁膜の研磨の
均一性が高まると、アクティブ面とフィールド面が平坦
化されて合わせマークパターンが無くなる問題を生じ、
これを回避するために、合わせマーク周囲の絶縁膜をマ
スクを用いて除去するには、マスク数、工程数が増加す
るという課題を生じる。 【解決手段】 半導体基板11にトレンチ素子分離領域
を有し、かつアクティブ領域に研磨時のディッシングを
抑制するダミーパターン22を備え、かつアクティブ領
域にマスクの合わせマークパターン16を有する半導体
装置において、合わせマークパターン16の周囲に溝1
5Mが形成され、その溝15Mは、溝15M内に埋め込
まれた絶縁膜18が研磨時にディッシングを起こす範囲
に形成されているものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、詳しくはトレンチ素子分離領域を
有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】STI(Shallow Trench Isolation)を
形成する従来の技術を、図6〜図8の製造工程図によっ
て説明する。
【0003】図6の(1)に示すように、シリコン基板
11上にパッド酸化膜12を例えば10nm〜20nm
程度の厚さに形成する。その後、化学的気相成長法(C
VD法)によって、パッド酸化膜12上に窒化シリコン
膜13を例えば150nm〜200nm程度の厚さに形
成する。次いで、レジスト塗布およびリソグラフィー技
術によって、窒化シリコン膜13上にレジスト膜からな
るレジストアクティブパターン14を形成する。ここ
で、図面中央は孤立したアクティブパターン、例えば合
わせマークパターンが形成されるスクライブ領域11S
であり、その一方側はDRAM領域11Dであり、その
他方側は回路領域11Cである。
【0004】その後、図6の(2)に示すように、窒化
シリコン膜13およびパッド酸化膜12をエッチングに
よりパターニングし、さらにレジストアクティブパター
ン14〔前記図6の(1)参照〕を除去する。
【0005】次いで、上記窒化シリコン膜13をマスク
として、シリコン基板11を深さ300nm〜400n
m程度にエッチングして溝(トレンチ)15を形成す
る。この溝15は、DRAM領域11Dの素子分離のた
めの溝15Dや回路領域11Cの素子分離溝15C、合
わせマークパターンとなる周辺領域のシリコン基板11
をエッチングすることにより合わせマークパターン16
を形成するための溝15M等になる。
【0006】その後、図6の(3)に示すように、溝1
5の内壁に熱酸化膜(図示省略)を形成し、さらに溝1
5の内部を埋め込む状態に絶縁膜18、例えば高密度プ
ラズマCVD膜(以下HDP膜という)を堆積する。上
記HDP膜はスパッタリングしながらCVDを行うた
め、溝15のエッジ部分には堆積せず、溝15の底部と
アクティブ領域上に堆積されるため、最終的な形状はエ
ッジ部分が傾斜する。
【0007】次いで、図7の(4)に示すように、レジ
スト塗布およびリソグラフィー技術によって、絶縁膜1
8上にレジスト膜からなるレジストパターン31を形成
する。このレジストパターン31は、例えば回路領域1
1Cの広いアクティブ領域11W上に開口部32を設け
たものである。その後、図7の(5)に示すように、上
記レジストパターン31〔前記図7の(4)参照〕をエ
ッチングマスクに用いて、広いアクティブ領域11W上
の絶縁膜18を除去する。
【0008】その後、図8の(6)に示すように、化学
的機械研磨(以下CMPという)を用いて絶縁膜18の
研磨を行う。このとき、DRAM領域11Dや回路領域
11Cは、アクティブ領域の示す割合が素子分離領域の
示す割合より高いため、過剰な研磨を行った場合であっ
ても、研磨ストッパとなる窒化シリコン膜13により溝
15に埋め込まれた絶縁膜18にディッシングが発生す
るのが抑制されるので問題はないが、スクライブ領域1
1Sのフィールド部分は研磨ストッパとなる窒化シリコ
ン膜13の存在する密度が低いため、その周囲の絶縁膜
18にディッシングが発生して凹んでくる。このため、
合わせマークパターン16となる部分がその周囲の絶縁
膜18の表面より突出することになる。
【0009】その後、例えば熱リン酸を用いたウエット
エッチングにより窒化シリコン膜13を除去する。その
結果、図8の(7)に示すように、DRAM領域11D
や回路領域11Cの絶縁膜18はシリコン基板11より
も突出した状態に形成される。さらに、例えばフッ酸を
用いたウエットエッチングによりパッド酸化膜12〔前
記図8の(6)参照〕を除去する。その際、絶縁膜18
の上層もエッチングされるが、DRAM領域11Dや回
路領域11Cの絶縁膜18はシリコン基板11よりも突
出した状態に形成されることに変わりはない。
【0010】次いで、図示はしないが、犠牲酸化膜を形
成し、ウエルを形成するためのイオン注入、しきい値を
調整するためのイオン注入等を行った後、犠牲酸化膜を
例えばフッ酸を用いたウエットエッチングにより除去す
る。その際、絶縁膜18の上層もエッチングされる。
【0011】その結果、図8の(8)に示すように、ス
クライブ領域11Sに形成された合わせマークパターン
16の周囲の絶縁膜18は低く形成される。すなわち、
合わせマークパターン16はその周囲の絶縁膜18より
も突出した状態に形成される。一方、DRAM領域11
D、回路領域11Cには、溝15に絶縁膜18が埋め込
まれて形成される素子分離領域21が形成されるが、溝
端部の絶縁膜18がエッチングされて窪み19が形成さ
れる問題が発生する。この窪み19が形成されると、そ
の後のゲート電極層を形成し、エッチングによりパター
ニングした際に、窪み19の部分にゲート電極層のエッ
チング残りが発生してショートの原因となる。
【0012】上記製造方法では、CMPの特性により、
チップ内の面積率によって埋め込み膜の段差が生じ、最
終的にDRAM領域11Dでは絶縁膜18の段差が高く
なり、孤立領域のスクライブ領域11Sでは段差が低く
なる。このため、CMPの研磨のばらつきを抑えるため
に、回路内にダミーパターンを配置して、CMP時の均
一性を高める方法が提案されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、均一性
が向上するとその後のゲートの加工において、アクティ
ブパターンとゲートパターンとの層合わせが困難になる
という問題が新たに生じる。これは、アクティブ面とフ
ィールド面とが限りなく平坦化されてしまうため、アク
ティブパターンの信号が拾えなくなるためである。これ
を回避するためには、図9に示すように、合わせマーク
パターン16があるスクライブライン11S上のフィー
ルド部分に埋め込まれた絶縁膜を、マスクを用いて除去
する工程が必要であった。このマスクはアクティブ反転
パターンで形成されており、広いアクティブパターン上
の絶縁膜を除去する工程と同時に行うことができる。そ
してこの状態では、STIの段差がそのまま残っている
ので、CMP時に溝15の底部にスラリー51が残る問
題があった。
【0014】また、工程簡略化のために、広いアクティ
ブ領域上の絶縁膜を除去する工程を省略しても、合わせ
マークを形成する必要があるため、合わせマークがある
スクライブライン上のフィールド部分に埋め込まれた絶
縁膜を、マスクを用いて除去する工程は必要であり、マ
スク増は避けられない。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた半導体装置およびその製造方法で
ある。
【0016】本発明の半導体装置は、半導体基板にトレ
ンチ素子分離領域を有し、かつアクティブ領域に研磨時
のディッシングを抑制するダミーパターンを有し、かつ
アクティブ領域にマスクの合わせマークパターンを有す
る半導体装置において、合わせマークパターンの周囲に
は溝が形成され、その溝は、溝内に埋め込まれた絶縁膜
を研磨した時にその絶縁膜がディッシングが起こす範囲
に形成されているものである。
【0017】上記半導体装置では、合わせマークパター
ンの周囲には溝が形成され、その溝が、溝内に埋め込ま
れた絶縁膜を研磨した時にその絶縁膜がディッシングが
起こす範囲に形成されていることから、合わせマークパ
ターンはその周囲の絶縁膜の表面よりも突出した状態に
形成されている。したがって、合わせマークパターンに
よりマスク合わせを容易に行える。
【0018】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板のエッチング、半導体基板上への絶縁膜の堆積およ
び絶縁膜の研磨により、半導体基板にトレンチ素子分離
領域と、研磨時のディッシングを抑制するダミーパター
ンと、マスクの合わせマークパターンとを同時に形成す
る半導体装置の製造方法において、合わせマークパター
ンはその周囲に溝を設けることで形成し、溝内に埋め込
まれた絶縁膜が研磨時にディッシングが起こす範囲に、
その溝を形成することを特徴としている。
【0019】上記半導体装置の製造方法では、合わせマ
ークパターンはその周囲に溝を設けることで形成し、溝
内に埋め込まれた絶縁膜が研磨時にディッシングが起こ
す範囲に、その溝を形成することから、絶縁膜を研磨し
た時に合わせマークパターンはその周囲より突出した状
態になる。そのため、その合わせマークパターンを用い
てマスク合わせが容易に行える。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置に係わる実施
の形態の一例を、図1の概略構成断面図によって説明す
る。
【0021】図1に示すように、半導体基板(例えばシ
リコン基板)11は、例えば図面中央がスクライブ領域
11Sとなっていて、その一方側がDRAM領域11D
となっていて、その他方側が回路領域11Cとなってい
る。その半導体基板11には、深さ300nm〜400
nm程度のトレンチ素子分離を形成するための溝(トレ
ンチ)15が形成されている。この溝15は、DRAM
領域11Dや回路領域11Cの素子分離溝、合わせマー
クパターンとなる周囲領域の半導体基板11をエッチン
グすることにより合わせマークパターン16を形成する
ための溝、広い状態のアクティブ領域を回避するための
ダミーパターンを形成するための溝等である。以下、ア
クティブ領域とは、溝15で分離された半導体基板11
の部分をいう。
【0022】上記溝15の内壁には熱酸化膜(図示省
略)が形成され、さらに溝15の内部には絶縁膜18が
埋め込まれている。この絶縁膜18は、例えばHDP膜
で形成されている。
【0023】この絶縁膜18は、研磨により発生したデ
ィッシングによって、スクライブライン領域11Sに形
成される合わせマークパターン16の周囲で凹んでい
る。すなわち、合わせマークパターン16の周囲には溝
15(15M)が形成され、その溝15Mは、溝15M
内に埋め込まれた絶縁膜18を研磨した時にその絶縁膜
18がディッシングが起こす範囲に形成されている。例
えば、DRAM領域11Dのアクティブ領域の幅Waが
0.25μm程度の場合、溝15Mの幅Wtは、例えば
10μm以上、好ましくは50μm以上に形成されてい
る。したがって、合わせマークパターン16は、その周
囲の絶縁膜18より突出した状態に形成されている。そ
の合わせマークパターン16の突出高さhは、その周囲
の絶縁膜18の表面より15nm以上200nm以下の
高さを有している。
【0024】一方、DRAM領域11Dには、溝15
(15D)に絶縁膜18が埋め込まれて形成される素子
分離領域21が形成され、回路領域11Cの広いアクテ
ィブ領域には溝15(15C)に絶縁膜18が埋め込ま
れて形成される素子分離領域21により分離されたダミ
ーパターン22が形成されている。
【0025】さらに、アクティブ領域にはゲート絶縁膜
(図示省略)が形成されていて、ゲート電極となるポリ
シリコン、タングステンシリサイド層からなるゲート電
極層23が形成されている。このような状態であって
も、合わせマークパターン16の部分はアクティブ面と
フィールド面で段差が生じているので、ゲート電極層2
3上からであっても合わせマークパターン16の信号を
読み取ることが可能になる。
【0026】上記説明したように、合わせマークのパタ
ーン16の周囲を、例えば少なくとも数十μmのフィー
ルド(絶縁膜18)で覆う。広いフィールドで囲まれて
いれば、合わせマークパターン16の形状には特に制約
はない。長方形でもよいし、十字型やボックス型でもよ
い。一方、回路領域11C内のアクティブ領域の広い部
分にはダミーパターン22が形成されている必要があ
る。
【0027】上記半導体装置では、合わせマークパター
ン16の周囲には溝15Mが形成され、その溝15M
が、溝15M内に埋め込まれた絶縁膜18を研磨した時
にその絶縁膜18がディッシングが起こす範囲に形成さ
れていることから、合わせマークパターン16はその周
囲の絶縁膜18の表面よりも突出した状態に形成されて
いる。したがって、合わせマークパターン16を読み取
ってマスクの合わせを十分に行うことが可能になってい
る。
【0028】次に、パターンの一例を、図2の(1)に
示すレイアウト図および(2)に示す断面図によって説
明する。図2では、前記図1によって示した構成部品と
同様のものには同一符号を付与した。
【0029】図2に示すように、DRAM領域11Dに
は、素子分離領域を形成する溝15Dに埋め込まれた絶
縁膜18によって複数のメモリセルが形成されるDRA
M領域11Dが分離されている。また、スクライブ領域
11Sには、溝15M内に形成された絶縁膜18がディ
ッシングされることによってマスクの合わせパターン1
6が形成されている。さらに、回路領域11Cには、絶
縁膜18を研磨したときにディッシングが発生するのを
防止するためのダミーパターン22を形成する溝15C
に埋め込まれた絶縁膜18によって複数のダミーパター
ン22が分離されている。
【0030】次に、本発明の半導体装置の製造方法に係
わる実施の形態の一例を、図3〜図5の製造工程図によ
って説明する。
【0031】図3の(1)に示すように、半導体基板1
1上にパッド酸化膜12を例えば10nm〜20nm程
度の厚さに形成する。その後、化学的気相成長法(CV
D法)によって、パッド酸化膜12上に窒化シリコン膜
13を例えば150nm〜200nm程度の厚さに形成
する。
【0032】次いで図3の(2)に示すように、レジス
ト塗布およびリソグラフィー技術によって、窒化シリコ
ン膜13上にレジスト膜からなるレジストアクティブパ
ターン14を形成する。ここで、図面中央はスクライブ
領域11Sであり、その一方側はDRAM領域11Dで
あり、その他方側は回路領域11Cである。
【0033】その後、図3の(3)に示すように、窒化
シリコン膜13およびパッド酸化膜12をエッチングに
よりパターニングし、さらにレジストアクティブパター
ン14〔前記図3の(2)参照〕を除去する。
【0034】次いで、図4の(4)に示すように、上記
窒化シリコン膜13をマスクとして、半導体基板11を
深さ300nm〜400nm程度にエッチングして溝
(トレンチ)15を形成する。この溝15は、DRAM
領域11Dの素子分離のための溝15Dや回路領域11
Cの素子分離のための溝15C、合わせマークパターン
となる周辺領域の半導体基板11をエッチングすること
により合わせマークパターン16を形成するための溝1
5M、広い状態のアクティブ領域を回避するためのダミ
ーパターンを形成する溝15C等になる。上記溝15M
は、その溝15M内に埋め込まれる絶縁膜(図示省略)
が研磨されたときにディッシングが起こす幅に形成する
例えば、DRAM領域11Dのアクティブ領域の幅Wa
が0.25μm程度の場合、溝15Mの幅Wtは、例え
ば10μm以上、好ましくは50μm以上に形成する。
【0035】その後、図4の(5)に示すように、溝1
5の内壁に熱酸化膜(図示省略)を形成し、さらに溝1
5の内部を埋め込む状態に絶縁膜18、例えばHDP膜
を堆積する。上記HDP膜はスパッタリングしながらC
VDを行うために、溝15のエッジ部分には堆積せず、
溝15の底部とアクティブ領域上に堆積されるため、最
終的な形状はエッジ部分が傾斜する。
【0036】次いで、図4の(6)に示すように、化学
的機械研磨(以下CMPという)を用いて研磨を行う。
このとき、DRAM領域11Dや回路領域11Cは、ア
クティブ領域の示す割合が素子分離領域の示す割合より
高いため、過剰な研磨を行った場合であっても、研磨ス
トッパとなる窒化シリコン膜により溝に埋め込まれた絶
縁膜18にディッシングが発生するのが抑制されるので
問題はないが、スクライブ領域11Sのフィールド部分
は研磨ストッパとなる窒化シリコン膜の存在する密度が
低いため、絶縁膜18にディッシングが発生して凹んで
くる。このため、合わせマークパターン16となる部分
がその周囲の絶縁膜18の表面より突出することにな
る。
【0037】その後、例えば熱リン酸を用いたウエット
エッチングにより窒化シリコン膜13を除去する。その
結果、DRAM領域11Dや回路領域11Cの絶縁膜1
8は半導体基板11よりも突出した状態に形成される。
さらに、例えばフッ酸を用いたウエットエッチングによ
りパッド酸化膜12を除去する。その際、絶縁膜18の
上層もエッチングされるが、図5の(7)に示すよう
に、DRAM領域11Dや回路領域11Cの絶縁膜18
は半導体基板11よりも突出した状態に形成されること
に変わりはない。
【0038】次いで、図示はしないが、犠牲酸化膜を形
成し、ウエルを形成するためのイオン注入、しきい値を
調整するためのイオン注入等を行った後、犠牲酸化膜を
例えばフッ酸を用いたウエットエッチングにより除去す
る。その際、絶縁膜18の上層もエッチングされる。
【0039】その結果、図5の(8)に示すように、ス
クライブ領域11Sに形成された合わせマークパターン
16の周囲の絶縁膜18は低く形成される。すなわち、
合わせマークパターン16はその周囲の絶縁膜18より
も突出した状態に形成される。合わせマークパターン1
6の突出高さhは、その周囲の絶縁膜18の表面より1
5nm以上200nm以下の高さを有している。
【0040】一方、DRAM領域11Dには、溝15に
絶縁膜18が埋め込まれて形成される素子分離領域21
が形成され、回路領域11Cの広いアクティブ領域には
溝15に絶縁膜18が埋め込まれて分離されるダミーパ
ターン22が形成される。
【0041】その後、ゲート酸化膜(図示省略)を形成
する。さらに、図5の(9)に示すように、ゲート電極
となるポリシリコン、タングステンシリサイド層からな
るゲート電極層23を形成すると、合わせマークパター
ン16の部分はアクティブ面とフィールド面で段差が生
じているので、ゲート電極層23上からであっても合わ
せマークパターン16の信号を読み取ることが可能にな
る。
【0042】上記半導体装置の製造方法では、合わせマ
ークパターン16はその周囲に溝15Mを設けることで
形成し、溝15M内に埋め込まれた絶縁膜18が研磨時
にディッシングが起こす範囲に、その溝15Mを形成す
ることから、絶縁膜18を研磨した時に合わせマークパ
ターン16はその周囲の絶縁膜18の表面より突出した
状態になる。そのため、その合わせマークパターン16
を用いてマスク合わせが容易に行える。
【0043】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の半導体装
置によれば、合わせマークパターンの周囲には溝が形成
され、その溝が、溝内に埋め込まれた絶縁膜を研磨した
時にその絶縁膜がディッシングが起こす範囲に形成され
ているので、合わせマークパターンはその周囲の絶縁膜
の表面よりも突出した状態になっている。したがって、
合わせマークパターンによりマスク合わせを容易に行え
る。よって、アクティブパターンと上層のパターンとを
確実に合わせることができるので、合わせずれによる歩
留り低下を回避することができる。また、アクティブ領
域の面積率によらず、チップ内が平坦化されているの
で、素子特性ばらつきが抑制することができる。
【0044】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
合わせマークパターンはその周囲に溝を設けることで形
成し、溝内に埋め込まれた絶縁膜が研磨時にディッシン
グが起こす範囲に、その溝を形成するので、絶縁膜を研
磨した時に合わせマークパターンはその周囲より突出し
た状態に形成できる。そのため、その合わせマークパタ
ーンを用いてマスク合わせが容易に行える。よって、反
転マスクを使用しないため、マスク製造にかかるコスト
を削減することができ、露光装置使用にかかるコストを
大幅に削減することができる。また、アクティブパター
ンと上層のパターンとを確実に合わせることができるの
で、合わせずれによる歩留り低下を回避することができ
る。またアクティブ領域の面積率によらず、チップ内が
平坦化されているので、素子特性ばらつきが抑制するこ
とができる。さらに、付加工程が全くないので、工程の
簡略化にともなう低コスト化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置に係わる実施の形態の一例
を示す概略構成断面図である。
【図2】パターンの一例を説明するレイアウト図であ
る。
【図3】本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の
形態の一例を示す製造工程図である。
【図4】本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の
形態の一例を示す製造工程図(続き)である。
【図5】本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の
形態の一例を示す製造工程図(続き)である。
【図6】従来の技術の一例を示す製造工程図である。
【図7】従来の技術の一例を示す製造工程図(続き)で
ある。
【図8】従来の技術の一例を示す製造工程図(続き)で
ある。
【図9】従来の技術に係わる課題の説明図である。
【符号の説明】
11…半導体基板、15(15D,15M,15C)…
溝、16…合わせマークパターン、22…ダミーパター

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板にトレンチ素子分離領域を有
    し、かつアクティブ領域に研磨時のディッシングを抑制
    するダミーパターンを備え、かつアクティブ領域にマス
    クの合わせマークパターンを有する半導体装置におい
    て、 前記合わせマークパターンの周囲に溝が形成され、 前記溝は、前記溝内に埋め込まれた絶縁膜が前記研磨時
    にディッシングを起こす範囲に形成されていることを特
    徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記研磨後の前記合わせマークパターン
    は、その周囲の絶縁膜表面より15nm以上200nm
    以下の高さを有することを特徴とする請求項1記載の半
    導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板のエッチング、前記半導体基
    板上への絶縁膜の堆積および前記絶縁膜の研磨により、
    前記半導体基板に、トレンチ素子分離領域、研磨時のデ
    ィッシングを抑制するダミーパターンおよびマスクの合
    わせマークパターンを同時に形成する半導体装置の製造
    方法において、 前記合わせマークパターンはその周囲に溝を設けること
    で形成し、 前記溝内に埋め込まれた絶縁膜が前記研磨時にディッシ
    ングが起こす範囲に前記溝を形成することを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記研磨によって生じる前記合わせマー
    クパターンの周囲の絶縁膜に起こるディッシングによっ
    て、前記合わせマークパターンをその周囲の絶縁膜表面
    より15nm以上200nm以下の高さに形成すること
    を特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
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